Hoefolle wetter wurdt konsumearre troch elektrolyse
Stap ien: Hydrogen produksje
Wetterferbrûk komt út twa stappen: wetterstofproduksje en streamopproduksje fan enerzjydrager. Foar wetterstofproduksje is it minimale konsumpsje fan elektrolysearre wetter sawat 9 kilogram wetter per kilogram wetterstof. Lykwols, rekken hâldend mei it demineralisaasjeproses fan wetter, kin dizze ferhâlding fariearje fan 18 oant 24 kilogram wetter per kilogram wetterstof, of sels sa heech as 25,7 oant 30,2.
Foar it besteande produksjeproses (metaanstoomherfoarming) is it minimale wetterferbrûk 4.5kgH2O / kgH2 (fereaske foar reaksje), rekken hâldend mei proseswetter en koeling, it minimale wetterferbrûk is 6.4-32.2kgH2O / kgH2.
Stap 2: Enerzjyboarnen (duorsume elektrisiteit of ierdgas)
In oare komponint is wetterferbrûk om duorsume elektrisiteit en ierdgas te produsearjen. It wetterferbrûk fan fotovoltaïske enerzjy fariearret tusken 50-400 liter /MWh (2,4-19kgH2O/kgH2) en dat fan wynenerzjy tusken 5-45 liter /MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2). Likegoed kin gasproduksje út skaliegas (basearre op Amerikaanske gegevens) ferhege wurde fan 1.14kgH2O / kgH2 nei 4.9kgH2O / kgH2.
Ta beslút, it gemiddelde totale wetterferbrûk fan wetterstof generearre troch fotovoltaïsche enerzjyopwekking en wynenerzjygeneraasje is respektivelik sawat 32 en 22kgH2O / kgH2. De ûnwissichheden komme fan sinnestrieling, libbensdoer en silisiumynhâld. Dit wetterferbrûk is yn deselde folchoarder fan grutte as wetterstofproduksje út ierdgas (7,6-37 kgh2o /kgH2, mei in gemiddelde fan 22kgH2O/kgH2).
Totale wetterfoetôfdruk: Leger by it brûken fan duorsume enerzjy
Krekt as by CO2-útstjit is in betingst foar in lege wetterfootprint foar elektrolytyske rûtes it brûken fan duorsume enerzjyboarnen. As mar in lyts fraksje fan de elektrisiteit wurdt opwekt mei fossile brânstoffen, is it wetterferbrûk ferbûn mei elektrisiteit folle heger as it werklike wetter dat konsumearre wurdt by elektrolyse.
Bygelyks, gas enerzjy opwekking kin brûke oant 2.500 liter / MWh fan wetter. It is ek it bêste gefal foar fossile brânstoffen (ierdgas). As stienkoal fergassing wurdt beskôge, wetterstof produksje kin ferbrûke 31-31.8kgH2O / kgH2 en stienkoal produksje kin konsumearje 14.7kgH2O / kgH2. Wetterferbrûk fan fotovoltaïka en wyn wurdt ek ferwachte dat it yn 'e rin fan' e tiid ôfnimme sil as produksjeprosessen effisjinter wurde en enerzjyútfier per ienheid fan ynstalleare kapasiteit ferbetteret.
Totaal wetterferbrûk yn 2050
De wrâld wurdt ferwachte dat se yn 'e takomst in protte kearen mear wetterstof brûke dan hjoed. Bygelyks, IRENA's World Energy Transitions Outlook skat dat de fraach nei wetterstof yn 2050 sawat 74EJ sil wêze, wêrfan sawat twatredde sil komme fan duorsume wetterstof. By ferliking, hjoed (suvere wetterstof) is 8,4EJ.
Sels as elektrolytyske wetterstof foar de hiele 2050 oan wetterstofoanfraach foldwaan soe, soe it wetterferbrûk sa'n 25 miljard kubike meter wêze. De figuer hjirûnder fergeliket dit sifer mei oare troch de minske makke wetterferbrûkstreamen. De lânbou brûkt it grutste bedrach fan 280 miljard kubike meter wetter, wylst de yndustry hast 800 miljard kubike meter brûkt en stêden 470 miljard kubike meter brûke. It hjoeddeiske wetterferbrûk fan ierdgasherfoarming en stienkoalfergassing foar wetterstofproduksje is sa'n 1,5 miljard kubike meter.
Sadwaande, hoewol't ferwachte wurdt dat grutte hoemannichten wetter konsumeare wurde troch feroaringen yn elektrolytyske paden en tanimmende fraach, sil wetterferbrûk fan wetterstofproduksje noch folle lytser wêze as oare streamingen dy't troch minsken brûkt wurde. In oar referinsjepunt is dat it wetterferbrûk per capita tusken de 75 (Lúksemboarch) en 1.200 (FS) kubike meter yn 't jier leit. Mei in gemiddelde fan 400 m3 / (per capita * jier) is de totale wetterstofproduksje yn 2050 lykweardich oan dy fan in lân fan 62 miljoen minsken.
Hoefolle wetter kostet en hoefolle enerzjy wurdt brûkt
kosten
Elektrolytyske sellen hawwe wetter fan hege kwaliteit nedich en wetterbehandeling nedich. Wetter fan legere kwaliteit liedt ta flugger degradaasje en koarter libben. In protte eleminten, ynklusyf diafragma's en katalysatoren dy't brûkt wurde yn alkalinen, lykas de membranen en poreuze transportlagen fan PEM, kinne negatyf beynfloede wurde troch wetterfersmoargingen lykas izer, chromium, koper, ensfh. Wetterkonduktiviteit is nedich om minder dan 1μS / te wêzen. sm en totale organyske koalstof minder dan 50μg / L.
Wetter makket in relatyf lyts diel út fan enerzjyferbrûk en kosten. It slimste senario foar beide parameters is desalinaasje. Omkearde osmose is de wichtichste technology foar desalinaasje, goed foar hast 70 persint fan 'e globale kapasiteit. De technology kostet $ 1900- $ 2000 / m³ / d en hat in learkurve fan 15%. By dizze ynvestearringskosten binne de behannelingskosten sawat $ 1 / m³, en kinne leger wêze yn gebieten wêr't elektrisiteitskosten leech binne.
Derneist sille ferstjoerkosten tanimme mei sawat $ 1-2 per m³. Sels yn dit gefal binne de kosten foar wettersuvering sawat $ 0,05 / kgH2. Om dit yn perspektyf te setten, kinne de kosten fan duorsume wetterstof $ 2-3 / kgH2 wêze as goede duorsume boarnen beskikber binne, wylst de kosten fan 'e gemiddelde boarne $ 4-5 / kgH2 binne.
Dus yn dit konservative senario soe wetter minder dan 2 prosint fan it totaal kostje. It gebrûk fan seewetter kin de hoemannichte weromhelle wetter mei 2,5 oant 5 kear ferheegje (yn termen fan herstelfaktor).
Enerzjyferbrûk
As jo sjogge nei it enerzjyferbrûk fan desalinaasje, is it ek heul lyts yn ferliking mei de hoemannichte elektrisiteit dy't nedich is om de elektrolytyske sel yn te fieren. De hjoeddeiske operearjende omkearde osmose-ienheid verbruikt sa'n 3,0 kW/m3. Yn tsjinstelling, termyske desalination planten hawwe folle heger enerzjyferbrûk, fariearjend fan 40 oan 80 KWH / m3, mei ekstra macht easken fariearjend fan 2,5 oan 5 KWH / m3, ôfhinklik fan de desalination technology. Troch it konservative gefal (dus hegere enerzjyfraach) fan in WKK-sintrale as foarbyld te nimmen, útgeande fan it brûken fan in waarmtepomp, soe de enerzjyfraach omrekkene wurde yn sa'n 0,7 kWh/kg wetterstof. Om dit yn perspektyf te setten, is de elektrisiteitsfraach fan 'e elektrolytyske sel sawat 50-55kWh / kg, dus sels yn it slimste gefal is de enerzjyfraach foar desalinaasje sawat 1% fan' e totale enerzjyynput nei it systeem.
Ien útdaging fan desalinaasje is de ôffier fan sâlt wetter, wat in ynfloed kin hawwe op pleatslike marine-ekosystemen. Dizze pekel kin fierder behannele wurde om har miljeu-ynfloed te ferminderjen, en sadwaande in oare $ 0.6-2.40 /m³ taheakje oan de kosten fan wetter. Dêrnjonken is de elektrolytyske wetterkwaliteit stranger as drinkwetter en kin dit resultearje yn hegere behannelingskosten, mar dit wurdt noch ferwachte dat dit lyts is yn ferliking mei de enerzjyynput.
De wetterfoetôfdruk fan elektrolytysk wetter foar wetterstofproduksje is in heul spesifike lokaasjeparameter dy't ôfhinklik is fan lokale wetterbeskikberens, konsumpsje, ôfbraak en fersmoarging. It lykwicht fan ekosystemen en de ynfloed fan klimaattrends op lange termyn moatte wurde beskôge. Wetterferbrûk sil in grut obstakel wêze foar it opskaaljen fan duorsume wetterstof.
Post tiid: Mar-08-2023